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10招帶你輕鬆搞定高頻電路佈線!

如果數字邏輯電路的頻率達到或者超過45MHZ~50MHZ,而且工作在這個頻率之上的電路已經佔到了整個電子系統一定的份量(比如說1/3),通常就稱為高頻電路。高頻電路設計是一個非常複雜的設計過程,其佈線對整個設計至關重要!

第一招:多層板佈線2

高頻電路往往整合度較高,佈線密度大,採用多層板既是佈線所必須,也是降低干擾的有效手段。在PCB Layout階段,合理的選擇一定層數的印製板尺寸,能充分利用中間層來設定遮蔽,更好地實現就近接地,並有效地降低寄生電感和縮簡訊號的傳輸長度,同時還能大幅度地降低訊號的交叉干擾等,所有這些方法都對高頻電路的可靠性有利。

有資料顯示,同種材料時,四層板要比雙面板的噪聲低20dB。但同時也存在一個問題,PCB半層數越高,製造工藝越複雜,單位成本也就越高,這就要求我們在進行PCB Layout時,除了選擇合適的層數的PCB板,還需要進行合理的元器件佈局規劃,並採用正確的佈線規則來完成設計。

第二招:高速電子器件管腳間的引線彎折越少越好

高頻電路佈線的引線最好採用全直線,需要轉折,可用45度折線或者圓弧轉折,這種要求在低頻電路中僅僅用於提高銅箔的固著強度,而在高頻電路中,滿足這一要求卻可以減少高頻訊號對外的發射和相互間的耦合。

第三招:高頻電路器件管腳間的引線越短越好

訊號的輻射強度是和訊號線的走線長度成正比的,高頻的訊號引線越長,它就越容易耦合到靠近它的元器件上去,所以對於諸如訊號的時鐘、晶振、DDR的資料、LVDS線、USB線、HDMI線等高頻訊號線都是要求儘可能的走線越短越好。

第四招:高頻電路器件管腳間的引線層間交替越少越好

所謂“引線的層間交替越少越好”是指元件連線過程中所用的過孔(Via)越少越好。據側,一個過孔可帶來約0。5pF的分佈電容,減少過孔數能顯著提高速度和減少資料出錯的可能性。

10招帶你輕鬆搞定高頻電路佈線!

第五招:注意訊號線近距離平行走線引入的“串擾”

高頻電路佈線要注意訊號線近距離平行走線所引入的“串擾”,串擾是指沒有直接連線的訊號線之間的耦合現象。由於高頻訊號沿著傳輸線是以電磁波的形式傳輸的,訊號線會起到天線的作用,電磁場的能量會在傳輸線的周圍發射,訊號之間由於電磁場的相互耦合而產生的不期望的噪聲訊號稱為串擾(Crosstalk)。PCB板層的引數、訊號線的間距、驅動端和接收端的電氣特性,以及訊號線端接方式對串擾都有一定的影響。所以,為了減少高頻訊號的串擾,在佈線的時候要求儘可能的做到以下幾點:

在佈線空間允許的條件下,

在串擾較嚴重的兩條線之間插入一條地線或地平面,可以起到隔離的作用而減少串擾。當訊號線周圍的空間本身就存在時變的電磁場時,若無法避免平行分佈,可在平行訊號線的反面佈置大面積“地”來大幅減少干擾。

在佈線空間許可的前提下,

加大相鄰訊號線間的間距,減小訊號線的平行長度,時鐘線儘量與關鍵訊號線垂直而不要平行。如果同一層內的平行走線幾乎無法避免,在相鄰兩個層,走線的方向務必卻為相互垂直。

在數位電路中,通常的時鐘訊號都是邊沿變化快的訊號,對外串擾大。所以在設計中,時鐘線宜用地線包圍起來並多打地線孔來減少分佈電容,從而減少串擾。對高頻訊號時鐘儘量使用低電壓差分時鐘訊號幷包地方式,需要注意包地打孔的完整性。

閒置不用的輸入端不要懸空,而是將其接地或接電源(電源在高頻訊號迴路中也是地),因為懸空的線有可能等效於發射天線,接地就能抑制發射。實踐證明,用這種辦法消除串擾有時能立即見效。

第六招:積體電路塊的電源引腳增加高頻退藕電容

每個積體電路塊的電源引腳就近增一個高頻退藕電容。增加電源引腳的高頻退藕電容,可以有效地抑制電源引腳上的高頻諧波形成干擾。

第七招:高頻數字訊號的地線和模擬訊號地線做隔離

模擬地線、數字地線等接往公共地線時要用高頻扼流磁珠連線或者直接隔離並選擇合適的地方單點互聯。高頻數字訊號的地線的地電位一般是不一致的,兩者直接常常存在一定的電壓差;而且,高頻數字訊號的地線還常常帶有非常豐富的高頻訊號的諧波分量,當直接連線數字訊號地線和模擬訊號地線時,高頻訊號的諧波就會透過地線耦合的方式對模擬訊號進行干擾。

所以,在通常情況下,對高頻數字訊號的地線和模擬訊號的地線是要做隔離的,可以採用在合適位置單點互聯的方式,或者採用高頻扼流磁珠互聯的方式。

第八招:避免走線形成的環路

各類高頻訊號走線儘量不要形成環路,若無法避免則應使環路面積儘量小。

第九招:必須保證良好的訊號阻抗匹配

訊號在傳輸的過程中,當阻抗不匹配的時候,訊號就會在傳輸通道中發生訊號的反射,反射會使合成訊號形成過沖,導致訊號在邏輯閘限附近波動。

消除反射的根本辦法是使傳輸訊號的阻抗良好匹配,由於負載阻抗與傳輸線的特性阻抗相差越大反射也越大,所以應儘可能使訊號傳輸線的特性阻抗與負載阻抗相等;同時還要注意PCB上的傳輸線不能出現突變或拐角,儘量保持傳輸線各點阻抗連續,否則在傳輸線各段之間也將會出現反射。這就要求在進行高速PCB佈線時,必須要遵守以下佈線規則:

USB佈線規則。要求USB訊號差分走線,線寬10mil,線距6mil,地線和訊號線距6mil。

HDMI佈線規則。要求HDMI訊號差分走線,線寬10mil,線距6mil,每兩組HDMI差分訊號對的間距超過20mil。

LVDS佈線規則。要求LVDS訊號差分走線,線寬7mil,線距6mil,目的是控制HDMI的差分訊號對阻抗為100+-15%歐姆。

DDR佈線規則。DDR1走線要求訊號儘量不走過孔,訊號線等寬,線與線等距,走線必須滿足2W原則,以減少訊號間的串擾,對DDR2及以上的高速器件,還要求高頻資料走線等長,以保證訊號的阻抗匹配。

第十招:保持訊號傳輸的完整性

保持訊號傳輸的完整性,防止由於地線分割引起的“地彈現象”。

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